TOPSwitche GX - opis funkcjonalny i typowe aplikacje (cz.3)

Transkrypt

1 TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje TOPwitche GX opis funkcjonalny i typowe aplikacje (cz.3) Karol Œwierc 4.9. Zdalne w³¹czenie/wy³¹czenie uk³adu przetwornicy z TOPwitchemGX stnieje kilka sposobów wykonania tej funkcji. Zwi¹zane s¹ one z wykorzystaniem dodatkowych wyprowadzeñ uk³adu (L, X lub M). Rozwi¹zania uk³adowe przedstawiaj¹ uproszczone rysunki 11 i 12, a ich dzia³anie wyjaœniaj¹ charakterystyki wyprowadzeñ X i L na rysunku 10. Dzia³anie tak rozwi¹zanej funkcji opiera siê na wykorzystaniu jednego z trzech fragmentów charakterystyki: (A) brak pobierania pr¹du z wyprowadzenia X, (B) brak doprowadzenia pr¹du do wyprowadzenia L, () przekroczenie maksymalnej wartoœci tego pr¹du. W przypadku () niejako oszukuje siê uk³ad, wprowadzaj¹c go w stan zabezpieczenia overvoltage. W przypadku implementacji rozwi¹zania (B) wykorzystuje siê fakt, e do wyprowadzenia L pod³¹czony jest komparator o napiêciu progowym równym 1V. mplementacja rozwi¹zania (A) daje mo liwoœæ zachowania funkcji X jako kontroli wartoœci ograniczenia pr¹dowego zasilacza przez proste pod³¹czenie rezystora, który na rysunku 11a zaznaczono lini¹ przerywan¹. Realizuj¹c funkcjê remote na wyprowadzeniu L mo na równie zachowaæ ograniczenie nadnapiêciowe, podnapiêciowe, line feed forward i redukcjê D MAX i to kosztem jednego, dwóch rezystorów. Oczywiœcie zamiast tranzystora T1 na rysunkach 11 i 12, mo e to byæ fototranzystor lub stopieñ wyjœciowy transoptora. el takiego rozwi¹zania jest te oczywisty: TOPwitch znajduje siê po stronie gor¹cej zasilacza, a wszelkie uk³ady zdalnego w³¹czenia/wy³¹czenia praktycznie zawsze po stronie izolowanej. Wykorzystanie wyprowadzenia M (uk³ad w obudowie DP lub MD) daje oczywiste ograniczenia wynikaj¹ce z integracji funkcji L i X na jednej nó ce. Uproszczone fragmenty schematów dla tego przypadku przedstawiono na rysunku 13. W zaprezentowanych rozwi¹zaniach funkcji zdalne ON/ OFF nale y zwróciæ uwagê na jeden istotny szczegó³: uk³ady z rys. 11 to tzw. aktywny ON, uk³ady na rys. 12 i 13 to aktywny OFF. Rozwi¹zanie pierwsze jest uwa ane za bezpieczniejsze. W czasie zdalnego wy³¹czenia uk³adu, napiêcie na wyprowadzeniu control chodzi po histerezie uk³adu komparatora UV, a wiêc zmienia siê w przedziale V. mplikuje to pewne nieokreœlone opóÿnienie w³¹czenia od momentu uaktywnienia go do stanu w³¹cz. Dla typowej wartoœci pojemnoœci bypassu równej 47µF, opóÿnienie to jest nie d³u sze ni 0.12s. Zdalne budzenie uk³adu nastêpuje zgodnie z normaln¹ sekwencj¹ startow¹, a wiêc z miêkkim startem. Opisana w tym punkcie funkcja jest bezpoœrednio zwi¹zana z uk³adem aplikacyjnym prezentowanym w p.5.5 (rys.19 w czwartej czêœci artyku³u). Prosta i tania mo liwoœæ realizacji takiego uk³adu jest bardzo wa na w panuj¹cej tendencji eliminacji me Obszar udostêpniania kluczowania tranzystora wysokonapiêciowego (Funkcja aktywna) Xpin Mpin Lpin REM(N) UV OV (Funkcja nieaktywna) LMT (Wartoœæ narzucona typem TOPa) Kluczowanie MOFETa zostanie zablokowane odpowiednio wczeœniej jeœli zostan¹ przerwane warunki poprawnej pracy pêtli regulacyjnej Wartoœæ ograniczenia pr¹dowego D MAX (78.5%) Maksymalny wspó³czynnik wype³nienia kluczowania 5µA 30µA 8µA Obszar histerezy Poziomy napiêæ na wyprowadzeniach L,X, M 1.3V 22µA 27µA Oko³o 3V XiL(Yobudowa Y), M ( obudowa P lub G) pr¹d (µa) Rys.10. harakterystyki wyprowadzeñ L i X (lub M). ERW ELEKTRONK

2 chanicznego wy³¹cznika sieciowego. Nie maj¹ go od dawna tunery satelitarne, magnetowidy, a ostatnio i monitory. Materia³y reklamowe uzasadniaj¹, e to drogi i niewygodny element. Mo na nie podzielaæ tej opinii, jest jednak inna bardziej przekonuj¹ca argumentacja: rozwi¹zanie takie umo liwia zdalne w³¹czenie uk³adu przez mikroprocesor lub komputer. Dobrym przyk³adem jest zdalne w³¹czenie drukarki. W niektórych sieciach komputerowych rozwi¹zanie takie staje siê niemal nieodzowne. a) b) Dla RL=12k D LMT=69% ONTROL Dla RL= 25k LMT=43% X RL napiêcie D a) b) napiêcie D RL 12k D R M=2RL RM 24k M ONTROL RL Dla R L= V UV=100 VD V OV=450 VD napiêcie D D M ONTROL Rys.13. Przyk³ady wykorzystania wyprowadzenia M dla zdalnego w³¹czenia/wy³¹czenia przetwornicy. a) z zachowaniem funkcji ograniczenia pr¹dowego, b) z zachowaniem UV, OV, DMAXi feed forward. reduction Oscylator (AW) D MAX napiêcie D D L ONTROL Uaktywnienie oscylatora pochodz¹ce z wyprowadzenia X, L lub M (TOP aktywny stanem niskim) ynchronizacja przetwornicy Na temat czêstotliwoœci pracy przetwornicy TOPwitchowej pisaliœmy ju w p.4.2. W niektórych zastosowaniach praca synchroniczna zasilacza z innym uk³adem urz¹dzenia jest po ¹dana lub wymagana. TOPwitchGX umo liwia prost¹ realizacjê tej funkcji, o ile czêstotliwoœæ sygna³u synchronizuj¹cego jest ni sza od podstawowej czêstotliwoœci oscylatora uk³adu. Pewne ograniczenia i wnioski wynikaj¹ z przebiegów prezentowanych na rysunku 14. Uaktywnienie sygna³u stopu niezale nie czy pochodzi z wyprowadzenia X, L czy M, wy³¹cza uk³ad dopiero po zakoñczeniu cyklu oscylatora pi³ozêbnego, natomiast uaktywnienie pracy uk³adu obarczone jest niewielkim opóÿnieniem równym 2.5µs Miêkki start Jak wspomniano ju w p.4.1 w tak¹ funkcjê (w taki obwód) wyposa ony jest TOPwitchGX i ów miêkki start trwa 10ms. Dok³adniej rzecz ujmuj¹c, struktura tego uk³adu zawiera dwa obwody miêkkiego startu. Pierwszy zasadniczy, wp³ywa na parametr duty cycle max (maksymalny wspó³czynnik wype³nienia modulatora PWM). Roœnie on liniowo od wartoœci 0% do maksymalnej 78% (o ile nie jest dodatkowo ograniczony funkcj¹ opisan¹ w p.4.3). Drugi obwód miêkkiego startu oddzia³uje na ograniczenie pr¹dowe w zakresie %. Uk³ad miêkkiego startu jest aktywowany nie tylko podczas w³¹czenia przetwornicy TOPwitchowej, ale równie przy ka dej próbie autorestartu podczas budzenia uk³adu ze stanu zdalnego wy³¹czenia (opisanego w p.4.10), jak równie ze stanu wy ³¹czenia powodowanego zabezpieczeniem termicznym. Generalnym celem miêkkiego startu jest ochrona MO FETa wysokonapiêciowego, minimalizuje bowiem stres napiêciowy, jak i pr¹dowy tego tranzystora. To jednak nie wszystko, gdy równoczeœnie z³agodzony zostaje szok pr¹dowy diod prostowniczych po wtórnej stronie zasilacza. Minimalizowane s¹ równie przeregulowania na wyjœciu oraz z³agodzone warunki pracy transformatora przetwornicy, zapobiegaj¹c nasyceniu jego rdzenia podczas startu zasilacza. echa ta i uzyskany zysk jest niebagatelny, gdy pozwala na projektowanie transformatora bez jego zbytniej nadmiarowoœci w stosunku do nominalnych warunków pracy. zas Rys.14. Przebiegi obrazuj¹ce proces zdalnego wy³¹czenia i /lub synchronizacji przetwornicy z TOPwitchemGX. 300k TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje Rys.11a i 11b. Zdalne w³¹czanie/wy³¹czanie zasilacza (aktywny ON). a) RM napiêcie 45k D D L ONTROL Dla RL = RL VUV= 100VD V OV=4D napiêcie D D L ONTROL Rys.12. Zdalne w³¹czenie/wy³¹czenie zasilacza aktywny OFF a) RM programuje wartoœci D MAX, b) zachowane s¹ funkcje wyprowadzenia L. b) tan wy³¹czenia typu shutdown oraz autorestart O tych stanach pracy wspomniano ju w p.4.1. Dla uzupe³nienia i usystematyzowania informacji opisuj¹cych uk³ady TOPwitchGX nale y podkreœliæ, e uk³ad wchodzi w stan shutdown jeœli zostan¹ przerwane warunki prawid³owej pracy pêtli ujemnego sprzê enia zwrotnego. Praca stopnia objêtego sprzê eniem zwrotnym, a wiêc uk³ady zwi¹zane z wyprowadzeniem przechodz¹ w tryb nazwany histeretic autorestart mode (praca z histerez¹), a jej ogólny opis by³ przedstawiony przy okazji opisu zabezpieczeñ. Dziêki istnieniu licznika cykli autorestartu (shutdown/autorestart counter, patrz p.4.1 i rys.5) efektywny wspó³czynnik wype³nienia kluczowania w tym stanie jest ograniczony do 4% i pozwala na bezpieczne przebywanie zasilacza w tym stanie przez d³ugi czas (nielimitowany uk³adami aplikacji zewnêtrznej), natomiast po zaniku warunków awarii uk³ad sam przechodzi do trybu normalnej pracy. ERW ELEKTRONK

3 TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje zêstotliwoœæ autorestartów dla typowej wartoœci kondensatora bypass u wynosi oko³o 1Hz Zabezpieczenie termiczne Ze skrótowych w³asnoœci TOPwitchyGX prezentowanych w p.1 wynika, e uk³ad ten pracuje z du ¹ histerez¹. Górny jej próg wynosi (typowo) 140, a jej szerokoœæ 70. Dla realizacji tej funkcji zastosowano w strukturze TOPwitchaGX precyzyjny obwód analogowy i rozwi¹zanie takie zabezpiecza przed przegrzaniem p³ytkê zasilacza, nawet gdy zostanie on pozostawiony na d³ugi czas bez kontroli, a w miêdzyczasie nast¹pi¹ dowolne warunki awaryjne. Po ich ust¹pieniu uk³ad podejmuje sam normaln¹ pracê. W czasie wy³¹czenia powodowanego zabezpieczeniem termicznym uk³ad przechodzi do trybu histeretic mode podobnie, jak w stanie shutdown. Przebiegi napiêcia na wyprowadzeniu control s¹ takie, jak zaprezentowane na rysunku 5. Montuj¹c radiator do TOPwitcha w obudowie TO220 nale y mieæ nastêpuj¹c¹ rzecz na uwadze: czêœæ metalowa obudowy po³¹czona jest elektrycznie z wyprowadzeniem Ÿród³a, nie nale y jednak radiatora elektrycznie ³¹czyæ z wyprowadzeniem. Takie nieœwiadome po³¹czenie lub kontakt z mas¹ mo e byæ powodem fa³szywych sprzê eñ bêd¹cych wynikiem znacznych pr¹dów p³yn¹cych w obwodzie drenÿród³o MOFETa wykonawczego i problemów podobnych do wczeœniej ju sygnalizowanych. Montuj¹c TOPwitcha w obudowie DP8 lub MD8 nale y starannie pod³¹czyæ wszystkie nó ki. ³u ¹ one do odprowadzania ciep³a z uk³adu Referencyjne Ÿród³o napiêcia odniesienia typu bandgap Wszystkie krytyczne napiêcia wewnêtrzne uk³adu TOP witchgx pochodz¹ ze skompensowanego termicznie Ÿród³a bandgap. W oparciu o to Ÿród³o wykonane s¹ te stabilne i skompensowane Ÿród³a pr¹dowe dla takich celów jak: generacja przebiegów ustalaj¹cych czêstotliwoœæ pracy uk³adu, driver pr¹dowy steruj¹cy bramk¹ wykonawczego MOFETa, ograniczenie pr¹dowe oraz poziomy overvoltage i undervoltage. Dziêki temu zwi¹zane z tymi uk³adami parametry TOP witcha maj¹ ma³e rozrzuty i tolerancje temperaturowe. Pojêcie Ÿród³o napiêcia odniesienia typu bandgap, pojawia siê w niemal ka dym artykule, czy te dowolnym opisie nowoczesnego uk³adu sterownika zasilacza, jak równie przy opisie wielu innych uk³adów scalonych wymagaj¹cych stabilnego napiêcia lub pr¹du referencyjnego. Nie ma w tym nic dziwnego, gdy o wiêkszoœci parametrów uk³adu decyduj¹ parametry ujemnego sprzê enia zwrotnego, a w nim parametry Ÿród³a napiêcia odniesienia i kilka elementów biernych. Parametry Ÿród³a referencyjnego, to przede wszystkim jego stabilnoœæ, rezystancja dynamiczna, wspó³czynnik cieplny oraz szumy w³asne. Wydaje siê zatem, e po ytecznym rozszerzeniem niniejszego materia³u bêdzie poœwiêcenie paru s³ów wyjaœnienia w tym temacie, ze szczególnym uwzglêdnieniem Ÿród³a typu bandgap. Tradycyjne, od zarania elektroniki, napiêcia odniesienia, to Ÿród³a oparte na diodzie Zenera, a wiêc wykorzystanie zjawiska przebicia zenerowskiego, albo dok³adniej oparte na lawinowym powielaniu liczby noœników w z³¹czu spolaryzowanym w kierunku zaporowym. Tego typu Ÿród³a nie maj¹ ogólnie mówi¹c z³ych parametrów, oprócz jednego: efektowi powielania lawinowego towarzysz¹ znaczne szumy. W strukturach uk³adów scalonych stosuje siê równie Ÿród³a oparte na napiêciu zwyk³ego z³¹cza krzemowego pn. Diody wykorzystuje siê rzadko, ewentualnie tranzystory w po³¹czeniu diodowym. Generalnie stabilizacjê napiêciow¹ uzyskuje siê ze wzglêdu na logarytmiczn¹ zale noœæ pomiêdzy napiêciem bazaemiter tranzystora, a jego pr¹dem kolektora. Polaryzacjê z³¹cz wykonuje siê w oparciu o przemyœlnie budowane Ÿród³a pr¹dowe wraz z bardzo fikuœnymi metodami kompensacji temperaturowej. Nie rozwijaj¹c tego tematu, chcia³bym parê s³ów poœwiêciæ pojêciu: Ÿród³o typu bandgap. ¹ to bardzo dok³adne i stabilne Ÿród³a napiêcia odniesienia. Wykorzystuj¹ one napiêcie przerwy energetycznej krzemu, ekstrapolowane do temperatury zera bezwzglêdnego st¹d ich nazwa. Napiêcie to jest równe 1.208V, a stabilnoœæ ich wynosi oko³o 4ppm/. ród³o takie ma niemal zerowy wspó³czynnik cieplny i bardzo dobre w³asnoœci szumowe (/N oko³o 150dB/ Hz). Mimo to nikogo nie dziwi powszechna tendencja, e jakkolwiek element (czy urz¹dzenie, przyrz¹d) nie by³by dobry, czynione s¹ starania, aby go jeszcze poprawiæ. ród³o napiêcia typu bandgap wykazuje z zasady p³ask¹ charakterystykê w funkcji temperatury w okolicach 50. Jednak ta charakterystyka w szerszym zakresie jest paraboliczna. Buduje siê zatem tzw. kompensacjê ciepln¹ drugiego rzêdu, która sprowadza do zera nie tylko pierwsz¹ pochodn¹ funkcji temperaturowej, ale i drug¹. T¹ metod¹ uzyskuje siê wspó³czynnik cieplny lepszy ni 1ppm/ Wysokonapiêciowe startowe Ÿród³o pr¹dowe ród³o to pod³¹czone jest miêdzy wyprowadzenia dren i control. Z tego te wzglêdu o jego istnieniu wspomniano ju w punktach opisuj¹cych te wyprowadzenia. ród³o to s³u y do ³adowania zewnêtrznego kondensatora bypassu w celu startu uk³adu i dziêki niemu nie s¹ potrzebne zewnêtrzne elementy startowe zasilacza. ród³o to jest uaktywnione nie tylko podczas startu ale i w trybie histeretic mode pracy TOPwitcha, a wiêc podczas autorestartu, w stanie zdalnego wy³¹czenia, w stanie shutdown i zabezpieczenia termicznego. zêstotliwoœæ w³¹czenia/wy³¹czenia jest zale na od wartoœci kondensatora zewnêtrznego (bypassu), a wspó³czynnik wype³nienia jest jednoznacznie wyznaczony stosunkiem pr¹dów tego Ÿród³a i pr¹du pobieranego przez uk³ady wewnêtrzne TOPwitcha podczas prób startu, wynosi on oko³o 35%. W stanie normalnej pracy uk³adu zasilacza Ÿród³o to jest wy³¹czone (patrz prze ³¹cznik 1 na rysunku 4a). Parametry stabilnoœci tego Ÿród³a nie s¹ imponuj¹ce, co w tym przypadku nie ma wiêkszego znaczenia. Wykazuje ono doœæ du ¹ zale noœæ od napiêcia na wyprowadzeniu, jak i stosunkowo du y dryft temperaturowy. Dla prac serwisowych mo e byæ istotne spostrze enie, e efekt w³¹czenia/wy³¹czenia tego Ÿród³a jest obserwowany na wyprowadzeniu dren, o ile z jakichkolwiek powodów awaryjnych nie jest obserwowany na wyprowadzeniu control. Ze wzglêdu na to, e bardzo ma³y przebieg jest na³o ony na du ¹ sk³adow¹ sta³¹, nale y oscyloskop nastawiæ na wejœcie zmienne i du ¹ czu³oœæ wejœcia Y. ERW ELEKTRONK

4 TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje 5. Typowe aplikacje uk³adów TOPwitchGX W tej czêœci przedstawiono kilka typowych aplikacji zasilaczy zbudowanych w oparciu o TOPwitcheGX. Z pewnoœci¹ pokryj¹ one w takim stopniu wiêkszoœæ rozwi¹zañ, z którymi spotkamy siê w serwisie, e bêdzie mo na z nich korzystaæ nie posiadaj¹c schematu konkretnego urz¹dzenia Aplikacja przyk³ad 1 Uk³ad na rysunku 15 to zasilacz dostarczaj¹cy 30W mocy z napiêcia 12V, mo e on pracowaæ w szerokim zakresie wejœciowego napiêcia sieciowego, tj. od 85 do 265VA. Ograniczeniem mocy s¹ warunki termiczne, TOP pracuje bez radiatora w temperaturze zewnêtrznej 50, a sprawnoœæ ca³ego zasilacza wynosi oko³o 80%. W prezentowanym uk³adzie wykorzystano kilka dodatkowych w³asnoœci, w które wyposa ono TOPwitcheGX dla obni enia kosztu uk³adu, dla zmniejszenia wymiarów ca³ego zasilacza i dla zwiêkszenia jego sprawnoœci. Ograniczenie pr¹dowe jest zewnêtrznie programowane przez rezystory R1 i R2. Wskazana na schemacie wartoœæ tych rezystorów ustala wartoœæ ograniczenia pr¹dowego na 70% wartoœci nominalnej i dla TOPwitcha 244Y jest to wartoœæ niewiele przekraczaj¹ca maksymalny pr¹d drenu, który p³ynie w uk³adzie, gdy zasilacz obci¹ ony jest 30W, a zasilany minimalnym napiêciem z przedzia³u, w którym zasilacz ma poprawnie pracowaæ. Precyzyjne ograniczenie pr¹dowe pozwala na u ycie mniejszego rdzenia transformatora i/lub wy szej wartoœci indukcyjnoœci uzwojenia pierwotnego obliczonego dla zadanej mocy wyjœciowej. Pozwala to na redukcjê mocy rozpraszanej w TOPie i równoczeœnie na zabezpieczenie ca³ego uk³adu przetwornicy przed zjawiskiem nasycania rdzenia transformatora, szczególnie w warunkach jej startu, jak i stanów przejœciowych zwi¹zanych z zmiennymi warunkami obci¹ enia strony wtórnej zasilacza. Zastosowanie dwóch rezystorów na wyprowadzeniu X, jak wynika z punktu 4.6, pozwala na redukcjê pr¹du ograniczenia pr¹dowego ze wzrostem napiêcia linii zasilaj¹cej, a wiêc kszta³ tuje ograniczenie mocy. Tak proste rozwi¹zanie pozwala na uzyskanie niewidocznych na schemacie korzyœci. ¹cznie z funkcj¹ miêkkiego startu pozwala na zastosowanie prostego i taniego uk³adu snubber postaci diodakondensatorrezystor (D1, 3, R3) z zachowaniem bezpiecznych dla tranzystora wysokonapiêciowego przepiêæ (powodowanych indukcyjnoœci¹ rozproszenia transformatora) na jego drenie. Rezystor R4 monitoruje napiêcie linii zasilaj¹cej uk³adu. Wartoœæ ustala poziom overvoltage na 4D, a undervoltage na 100VD. Na ten rezystor nale y zwróciæ szczególn¹ uwagê w pracach serwisowych. Rezystory wysokoomowe, na których panuje du a wartoœæ napiêcia nale ¹ do najbardziej awaryjnych ze wszystkich rezystorów. Jak wynika z opisu TOP witcha,uszkodzenie tego rezystora bêdzie skutkowa³o przejœciem zasilacza do stanu wy³¹czenia shutdown. Wy sza wartoœæ Dmax (duty cycle max) zastosowana w TOPwitchachGX pozwala na zaprojektowanie transformatora o wiêkszym stosunku zwojów uzwojenia pierwotnego do wtórnego (Z1/Z2), a to z kolei zmniejsza napiêcie wsteczne na diodzie D8. W rezultacie dla napiêæ wyjœciowych do 15VD mo na stosowaæ diody chottkiego o typowej wartoœci napiêcia wstecznego 60V. Przy du ych pr¹dach wyjœciowych moc wydzielana na diodzie prostowniczej jest znacz¹ca, mo na wiêc wyeliminowaæ koniecznoœæ stosowania radiatora i uzyskaæ równoczeœnie zwiêkszenie sprawnoœci ca³ej przetwornicy. Redukcja czêstotliwoœci kluczowania przetwornicy w warunkach ma³ego obci¹ enia pozwala na bezpieczn¹ pracê bez obci¹ enia wstêpnego. A wiêc jeœli zasilacz jest uk³adem autonomicznym, mo na z takiego obci¹ enia zrezygnowaæ bez ryzyka uszkodzenia TOPa. Dodatkowym zyskiem z tego p³yn¹cym jest zwiêkszenie sprawnoœci zasilacza. Kolejna funkcja zaimplementowana w TOPwitchachGX, dr enie czêstotliwoœci kluczowania (frequency jitter) pozwala na zastosowanie prostych elementów redukcji zak³óceñ EM (L1, X1) dla spe³nienia norm kompatybilnoœci elektromagnetycznej. W uk³adzie prezentowanym w tym przyk³adzie zastosowa BR1 600V 2A 3 4.7nF 1kV R3 68k 2W Y1 2.2nF Z1 14 1nF D8 MBR1060 Z2 R15 150R µF 560µF 35 V 35 V L3 3.3µH µF 35 V A masa izolowana L1 20mH X1 100nF 2A J1 L N F A 1 68µF 400 V D1 UF4005 R4 1/2 W R1 4.7M 1/2 W R2 9.09k X F T1 Z3 D L U1 TOP244Y ONTROL 5 47µF/10V R5 6.8R 6 R6 150R R8 150R U2 LTV817A VR2 1N V, 2% Podstawowe parametry zasilacza: moc wyjœciowa: 30 W, stabilnoœæ napiêcia wyjœciowego: ±4%, sprawnoœæ: 79%, têtnienia napiêcia wyjœciowego: 50mVPP Rys.15. Zasilacz o mocy 30W z wykorzystaniem funkcji zabezpieczenia nadnapiêciowego, podnapiêciowego i ograniczenia pr¹dowego uzale nionego od wartoœci napiêcia sieci. ERW ELEKTRONK

5 TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje no bardzo prosty obwód stabilizacji. Kontrolowane jest napiêcie po stronie wtórnej, ale elementem referencyjnym jest zwyk³a dioda Zenera. O wartoœci napiêcia wyjœciowego decyduje napiêcie tej diody plus spadek napiêcia na diodzie transoptora. W tym przypadku parametry stabilizacji nie s¹ imponuj¹ce, aczkolwiek adekwatne do wielu zastosowañ. W pe³nym zakresie zmiennoœci napiêcia wejœciowego, obci¹ enia, jak i tolerancji elementów, napiêcie na wyjœciu stabilizowane jest w granicach ±5%. Dla utrzymania tej stabilnoœci istotne znaczenie ma zastosowanie dodatkowego rezystora R8. Umiejscawia on punkt pracy uk³adu na kolanie charakterystyki tej diody, w punkcie o wystarczaj¹co ma³ej rezystancji dynamicznej. Przenikanie têtnieñ napiêcia sieciowego na wyjœcie jest zredukowane przez funkcjê redukcji wspó³czynnika kluczowania zaimplementowan¹ na wyprowadzeniu L TOPa (szczegó³y opisu w p.4.3). Dodatkowo zastosowano filtr na wyjœciu (L3, 12). Nale y zwróciæ uwagê na punkt pobierania próbki napiêcia dla ujemnego sprzê enia zwrotnego przed tym filtrem. Zwyk³e przelutowanie tego punktu za ceweczkê L3 mo e skutkowaæ niestabilnoœci¹ uk³adu. W zakresie kszta³towania charakterystyki pêtli ujemnego sprzê enia zwrotnego nie zastosowano adnych dodatkowych elementów. Decyduj¹cym w tej charakterystyce jest biegun umiejscowiony w torze sprzê enia zwrotnego samego TOPa (szczegó³y p.4.5 artyku³u). W tym zakresie jednak decyduj¹ce znacznie ma te niepozorny rezystor R6. Wp³ywa on na wielkoœci wzmocnienia w ca³ej pêtli Aplikacja przyk³ad 2 Kolejny przyk³ad aplikacji prezentuje rysunek 16. Jest to zasilacz o mocy 70W uzyskiwanej z pojedynczego napiêcia 19V. Nie wszystkie korzyœci zastosowania TOPa GX s¹ widoczne na schemacie ideowym. mponuj¹ce s¹ bowiem wymiary ca³ego zasilacza. Opis ten bêdzie siê ogranicza³ jedynie do istotnych ró nic w stosunku do przyk³adu poprzedniego. Niemniej wiêkszoœæ zalet tamtej przetwornicy zachowuje tu swoj¹ aktualnoœæ. Zasilacz ten mo e równie pracowaæ w szerokim zakresie napiêcia sieciowego i sprawnoœæ jego wynosi 85%, gdy zasilany jest z linii 85VA i wzrasta do 90% dla 230VA. Uk³ad przewidziany jest do pracy w zamkniêtej obudowie, dlatego dla zmniejszenia mocy wydzielanej na TOPie zastosowano jego najwy szy numer TOP249. Jego nominalne ograniczenie pr¹dowe jest zbyt du e jak na moc 70W, ale odpowiedni¹ wartoœæ ustalaj¹ rezystory R9 i R10. Rezystor R9, podobnie jak R11 i opisany w poprzednim przyk³adzie R4 nale y, jak wskazuje praktyka traktowaæ jako element jeden z bardziej awaryjnych. Jego uszkodzenie nie implikuje jednak od razu widocznych skutków zwiêkszy siê jedynie wartoœæ ograniczenia pr¹dowego, mo na zatem tak¹ awariê przeoczyæ. Nale a³oby zatem zaleciæ jego rutynowe sprawdzenie w przypadku wymiany uszkodzonego TOPa. W tym przyk³adzie dla eliminowania niebezpiecznych przepiêæ na indukcyjnoœci rozproszenia zastosowano transil (znany z aplikacji TOPwitchy standardowych) w miejsce rezystora R3 z poprzedniego przyk³adu. Mimo to stosowanie równoleg³ego kondensatora jest przez katalog zalecane. W uk³adzie z rys. 16 zastosowano równie niestandardow¹ metodê nawiniêcia transformatora. Jako uzwojenie wtórne pracuj¹ dwa uzwojenia równolegle. Jest to niestety konsekwencja wysokiej czêstotliwoœci kluczowania. Zabieg ten ma na celu zmniejszenie strat mocy w uzwojeniach. Osobnym problemem, ale równie zwi¹zanym z wysok¹ czêstotliwoœci¹ kluczowania jest dobrej jakoœci rdzeñ. Zabiegiem maj¹cym na celu zwiêkszenie sprawnoœci uk³adu (i zmniejszenie iloœci ciep³a; zamkniêta obudowa) jest zastosowanie podwójnych diod prostowniczych diod chottkiego. Tu wymagane napiêcie wsteczne to 100V. Konsekwencj¹ samych w³asnoœci TOPwitchaGX jest brak koniecznoœci wstêpnego obci¹ enia zasilacza, a moc wydzielana w stanie ja³owym to tylko oko³o 0.5W. Tutaj jako element referencyjny w sprzê eniu zwrotnym zastosowano coraz czêœciej spotykan¹ w nowych uk³adach sterowan¹ diodê Zenera TL431. Konsekwencj¹ s¹ lepsze warunki stabilizacji, jednak z uwagi na jej charakterystykê (któr¹ nale y uwzglêdniæ w charakterystyce ca³ej pêtli), konieczne s¹ dodatkowe elementy kompensacji czêstotliwoœciowej, s¹ to: 9, R7, 10 i 8. Równie istotny jest dobór wartoœci rezystorów R1 i R VA L2 820µH 2A 6 X2 F1 3.15A J1 L N BR1 R805 8A 600V RT1 10R 1.7A µF 1 150µF L3 75µH 2A µF R11 1/2W R9 13M R k µF VR1 P6KE200 D1 UF4006 U1 TOP249Y D L T1 ONTROL X F Z nF Y1 afety Z2 Z3 MBR20100 D3 MBR20100 D4 Z4 R3 6.8R 5 47µF 16V R8 4.7R 15 1µF Rys.16. Zasilacz o mocy 70W. Podstawowe parametry zasilacza: Moc wyjœciowa: 70 W tabilnoœæ napiêcia wyjœciowego: ±4% prawnoœæ: 84% Têtnienia napiêcia wyjœciowego: 120mVPP Pobierana moc w stanie ja³owym: 230VA 3 820µF L1 19V 25V 2 820µF 25V U2 P817A U3 TL431 R1 270R R7 R2 1k 9 4.7nF/ 56k 4 820µF 25V R4 31.6k 1% R5 562R 1% 10 R6 4.75k 1% RTN ERW ELEKTRONK

6 TOPwitcheGX opis funkcjonalny i typowe aplikacje W torze izolowanego napiêcia dla celu wysterowania wyprowadzenia control TOPwitcha widaæ tu (w porównaniu z uk³adem poprzednim) dodatkowy rezystor R8. Jego stosowanie jest zalecane w przypadku przetwornic wiêkszej mocy. Ma on na celu uniezale niæ napiêcie na kondensatorze 15 od niskoenergetycznych, ale znacz¹cych pod wzglêdem wartoœci napiêcia przepiêæ na indukcyjnoœci rozproszenia. Równie z uwagi na wiêksz¹ moc przetwornicy, a wiêc i pr¹dy MOFETa kluczuj¹cego TOPwitcha, staj¹ siê istotne zasady prowadzenia masy, tzw. zasady masy jednopunktowej. zczególnie w przypadku tych elementów nie nale y bagatelizowaæ tych zasad, z uwagi na integracjê po kilka funkcji na ka dej nó ce TOPa. Zw³aszcza odrêbn¹ œcie k¹ powinna byæ prowadzona masa uzwojenia pomocniczego (Z4) i pod³¹czona bezpoœrednio do kondensatora filtruj¹cego wyprostowane napiêcie sieciowe (tu 1). Bagatelizowanie tych zasad mo e skutkowaæ fa³szywymi sprzê eniami zwrotnymi, a skutki s¹ trudne do przewidzenia (poza uszkodzeniem TOPa). Mo na powiedzieæ, e znajomoœæ tych zasad dotyczy konstruktorów mozaiki p³ytki drukowanej. Jednak z pewnoœci¹ ka dy z serwisantów przekona³ siê niejednokrotnie po otwarciu urz¹dzenia, które wraca z reklamacj¹ lub po tzw. niefachowej naprawie, e element jest wlutowany b¹dÿ gdzie b¹dÿ, od góry, od do³u itp. Warto na to zwróciæ uwagê Aplikacja przyk³ad 3 Zasilacz, którego schemat przedstawia rysunek 17 to przetwornica dostarczaj¹ca moc 250W z pojedynczego napiêcia 48V. Jej sprawnoœæ wynosi oko³o 85%, a zastosowany w niej TOP witch to TOP249. Napiêcie wejœciowe jest wysokie, V, a to dlatego, e uk³ad ten przewidziany jest do wspó³pracy z korektorem wspó³czynnika mocy. Uk³ad tego typu opisany by³ w E nr 2/2002. Z materia³u tego wynika³o, e uk³ady te pracuj¹ zwykle w konfiguracji boost, a ich typowe napiêcie wyjœciowe jest w³aœnie tego rzêdu. Zatem kondensator 1 nie nale y traktowaæ jako jedyny kondensator filtruj¹cy napiêcie sieciowe, a jedynie jako kondensator lokalnego odsprzê enia. Topologia zasilacza z rysunku 17 to nadal flyback (nadal dlatego, e podobnie jak powy sze), a jest ona adekwatna dla tej mocy dlatego, e napiêcie wyjœciowe ma stosunkowo du ¹ wartoœæ. Wykorzystano w³asnoœci TOPa zwi¹zane z wyprowadzeniem L (zabezpieczenie undervoltage, overvoltage, feed forward i redukcja D MAX ), natomiast zwarcie X z oznacza maksymaln¹ wartoœæ ograniczenia pr¹dowego, a zwarcie F z czêstotliwoœæ pracy 132kHz. W tej aplikacji wymagany jest transformator o szczególnie ma³ej indukcyjnoœci rozproszenia. Zatem jest to transformator z uzwojeniami typu sandwich winding (kanapkowe). G³ównym elementem uk³adu snubber jest wysokonapiêciowa dioda Zenera (transil VR1). Jednak mimo wspomnianej technologii nawijania transformatora, energia indukcyjnoœci rozproszenia jest zbyt du a by móg³ przej¹æ j¹ na siebie transil. Dlatego równolegle zastosowano rezystory R2, R3 i kondensator 6. Wartoœæ tych elementów jest tak obliczona, e w normalnych warunkach pracy tylko niewielka czêœæ energii z indukcyjnoœci rozproszenia wydziela siê na VR1. Wiêksza moc przypada na tê diodê w czasie startu i/lub warunków przeci¹ enia. Zastosowanie jednak transila bardziej skutecznie chroni tranzystor wysokonapiêciowy przed przepiêciami, ani eli tani uk³ad R,,D, co tu jest szczególnie wa ne z uwagi na wysokie napiêcie wejœciowe i znaczny pr¹d uzwojenia pierwotnego wynikaj¹cy z du ej mocy przetwornicy. Na wyjœciu zasilacza zastosowano oprócz du ej wartoœci kondensatorów 91011, filtr L (L212) filtruj¹cy zak³ócenia o czêstotliwoœci kluczowania. Jako Ÿród³o referencyjne decyduj¹ce o napiêciu wyjœciowym przetwornicy zastosowano trzy po³¹czone szeregowo diody Zenera. Rezystor R6 po³¹czony w szereg z tym ³añcuchem diod ogranicza wartoœæ pr¹du p³yn¹cego przez diodê transoptora, ale równie wzmocnienie w ca³ej pêtli sprzê enia zwrotnego. W tej aplikacji zrealizowano równie, mimo wewnêtrznego uk³adu miêkkiego startu implementowanego w TOPwitchachGX, uk³ad zewnêtrzny pe³ni¹cy (wspomagaj¹cy) tê funkcjê, to D4 i 14. Rezystor R9 s³u y do roz³adowania 14 po wy³¹czeniu zasilacza. Po stronie izolowanej przetwornicy zastosowano równie elementy wspomagaj¹ce kszta³towanie charakterystyki dynamicznej pêtli sprzê enia zwrotnego (oprócz klasycznych zalecanych przez materia³y katalogowe TOPów GX tj. 3, 4, R4), rezystor R8 i kondensator 13. W uk³adzie z tej aplikacji wymagany jest radiator ch³odz¹cy TOPwitcha lub nawet ch³odzenie wymuszone. Maksymalna moc wydzielana na TOPie ma miejsca w warunkach pe³nego obci¹ enia i minimalnego napiêcia wejœciowego z przewidzianego zakresu w jakim uk³ad ma poprawnie pracowaæ VD VR1 P6KE200 R2 68k 2W R3 68k 2W 6 4.7nF 1kV 7 2.2nF Y µF 560µF 63V 63V L2 3µH8A A 1 22µF 0V R1 1/2W Podstawowe parametry zasilacza: Moc wyjœciowa: 250W tabilnoœæ wyjœcia od zmian napiêcia wejœciowego: ±1% tabilnoœæ wyjœcia od pr¹du obci¹ enia: ±5% prawnoœæ: 85% Têtnienia napiêcia wyjœciowego: <100mV Moc pobierana w stanie ja³owym: 1.4W (300 VD) PP D1 BYV26 T1 D L U1 ONTROL TOP249Y X F 4 MUR1640T R4 6.8R 3 47µF 10V Rys.17. Zasilacz o mocy 250W (przystosowany do wspó³pracy korektorem wspó³czynnika mocy) µF/63V 4 1µF U2 LTV 817A R6 100R VR2 22V BZX79B22 VR3 12V BZX79B12 VR4 12V BZX79B nF 63 V R8 56R 12 68µF 63V R9 10k D µF 63V RTN i¹g dalszy nast¹pi } ERW ELEKTRONK